(57)【要約】【課題】  溶銑の脱燐処理において、添加した脱燐用媒溶剤を迅速に滓化することにより、少ない脱燐用媒溶剤の使用量であっても効率的に脱燐する。【解決手段】  酸素源を供給して溶銑を脱燐処理する際に、珪素含有量が０．２質量％以下の溶銑１４を用い、当該溶銑の浴面に向かって、加熱または加熱・溶融したＣａＯを主体とする粉状の脱燐用媒溶剤１６を、気体酸素源と共に上吹きランス３を介して吹き付けて添加し、脱燐処理する。この場合、上吹きランスの先端から燃料を吹き込み、この燃料を燃焼させ、生成する火炎によって脱燐用媒溶剤を加熱することができる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素源を供給して溶銑を脱燐処理する際に、珪素含有量が０．２質量％以下の溶銑を用い、当該溶銑の浴面に向かって、加熱または加熱・溶融したＣａＯを主体とする粉状の脱燐用媒溶剤を、気体酸素源と共に上吹きランスを介して吹き付けて添加し、脱燐処理することを特徴とする、溶銑の脱燐処理方法。
【請求項２】
前記酸素源のうちの５０質量％以上を気体酸素源とすることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の脱燐処理方法。
【請求項３】
前記ＣａＯを主体とする粉状の脱燐用媒溶剤として、実質的にフッ素を含まない脱燐用媒溶剤を使用し、当該脱燐用媒溶剤の５０質量％以上を、気体酸素源と共に上吹きランスから溶銑の浴面に向けて吹き付けて添加することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶銑の脱燐処理方法。
【請求項４】
前記脱燐用媒溶剤は、脱燐処理後の溶銑の脱炭精錬時に生成したスラグを主体とすることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の溶銑の脱燐処理方法。
【請求項５】
前記上吹きランスの先端に設けたノズルから、炭化水素系のガス燃料、炭化水素系の液体燃料のうちの何れか１種以上を供給し、前記気体酸素源によって炭化水素系ガス燃料または炭化水素系液体燃料を燃焼させて火炎を形成し、当該火炎によって前記脱燐用媒溶剤を加熱または加熱・溶融することを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の溶銑の脱燐処理方法。
【請求項６】
前記上吹きランスの中心孔から搬送用ガスとしての気体酸素源と共に脱燐用媒溶剤を供給し、中心孔の周囲の周囲孔から炭化水素系ガス燃料、炭化水素系液体燃料のうちの何れか１種以上を供給することを特徴とする、請求項５に記載の溶銑の脱燐処理方法。
【請求項７】
上吹きランスから供給する気体酸素源中の酸素ガス量と、炭化水素系ガス燃料及び炭化水素系液体燃料の理論燃焼分の酸素ガス量との比である酸素比が１．０以上となるように、気体酸素源の供給量、または、炭化水素系ガス燃料及び炭化水素系液体燃料の供給量を調整することを特徴とする、請求項５または請求項６に記載の溶銑の脱燐処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑中の燐を除去する脱燐処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉で製造された溶銑から鋼材を製造するには、製鋼精錬過程において、溶銑に含まれる不純物元素を所定値まで低減したうえで、その鋼材に要求される組成範囲に調整することが必要である。この不純物元素としては、４質量％以上含まれる炭素の他に、燐、硫黄などがあり、一方、鋼材の必要とする元素としては、強度及び靭性を高めるマンガン、珪素などがある。
【０００３】
転炉を用い、溶銑中の炭素と燐とを同時に酸化除去していた従来の製鋼精錬方法に対し、近年、溶銑段階で予め脱燐処理（「予備脱燐処理」ともいう）を実施し、溶銑中の燐を或る程度除去した後、この溶銑を転炉に装入して転炉で脱炭精錬を実施する製鋼方法が発展してきた。この場合、溶銑の脱燐処理は、トーピードカー、溶銑鍋、転炉などの設備を用い、ＣａＯ系の脱燐用媒溶剤と酸素ガス及び固体の酸化鉄などの酸素源とを溶銑に添加して、溶銑中の燐を酸素源によって酸化し、生成した燐酸化物をＣａＯ系の脱燐用媒溶剤などからなるスラグ中に取り込み、溶銑中の燐を除去するという方法で行われている。
【０００４】
この脱燐処理の際、少ない脱燐用媒溶剤で溶銑中の燐を溶銑側からスラグ側に効率的に移行させるためには、適正な組成のスラグを迅速に形成させることが極めて重要であり、従来、スラグを迅速に形成させるための種々の方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、脱燐用媒溶剤として添加するＣａＯの質量と添加する酸素源中の酸素の質量との質量比（ＣａＯ／Ｏ）を１．０〜２．５の範囲に規定するのみならず、脱燐用媒溶剤中のＣａＦ2 及びＡｌ2 Ｏ3 の総質量とＣａＯの質量との質量比（（ＣａＦ2 +Ａｌ2 Ｏ3 ）／ＣａＯ）を０．１〜１．０の範囲とし、更に、脱燐用媒溶剤中のＡｌ2 Ｏ3 の質量とＣａＦ2 の質量との質量比（Ａｌ2 Ｏ3 ／ＣａＦ2 ）を０．０５〜２０．０の範囲に規定した脱燐用媒溶剤を用いて脱燐処理する方法が提案されている。特許文献２には、生石灰の滓化を促進させるために、転炉型反応容器に収容された溶銑に対して上吹きランスから生石灰粉を酸素ガスと共に吹き付けると同時に、炉底或いは側壁から溶銑中に攪拌用ガスを吹き込んで脱燐処理する方法が提案されている。また、特許文献３には、脱燐用媒溶剤の滓化を促進させるために、ＣａＯを主体とし、酸化鉄及びＳｉＯ2 を含有するプリメルトフラックスを生石灰に加えて脱燐用媒溶剤として使用した脱燐処理方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭６３−５７７１２号公報
【特許文献２】特開平８−３１１５２３号公報
【特許文献３】特開２０００−８７１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来、脱燐用媒溶剤の滓化を促進させるための種々の方法が提案されてきたが、何れの方法もその効果は十分ではなく、やむなく、大量の脱燐用媒溶剤を使用したり、処理時間を延長したりして対処しており、製造コストの上昇をもたらしていた。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溶銑の脱燐処理において、添加した脱燐用媒溶剤を迅速に滓化することにより、少ない脱燐用媒溶剤の使用量でも効率的に脱燐することのできる脱燐処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行なった。以下に、検討・研究結果を説明する。
【０００９】
ＣａＯを主体とする脱燐用媒溶剤を用いた溶銑の脱燐処理における脱燐反応は、ＣａＯを主体とする脱燐用媒溶剤が、溶銑の顕熱によって昇温されると同時に、この脱燐用媒溶剤を低融点化して溶解させる酸化物と混合され、溶融スラグが形成されることによって進行する。形成される溶融スラグの量及び溶融スラグの形成されるまでの時間は、主に、溶銑の温度、及び、添加された脱燐用媒溶剤の近傍で生成される珪酸及び酸化鉄などの低融点化を促進させる酸化物の生成量に依存する。しかし、特許文献２のように、粉状の生石灰を酸素ガスと共に吹き付けて添加し、酸素ガスによって酸化して生成される珪酸及び酸化鉄の生成箇所に集中させて生石灰粉を添加しても溶融スラグの形成は十分ではないことから、珪酸及び酸化鉄の溶融物と粉状の生石灰とを攪拌場で接触させただけでは、生石灰はそれほど短時間には溶解しないことが分かる。
【００１０】
そこで、溶融スラグの迅速な形成を得るべく種々検討した結果、適正なスラグ組成へと迅速に調製するためには、脱燐用媒溶剤自体の分散を更に高めるか、または、脱燐用媒溶剤を低融点化させる物質（「滓化促進剤」と呼ぶ）或いは反応を促進させる物質を脱燐用媒溶剤に事前に混合するか、若しくは、予め加熱した脱燐用媒溶剤または予め溶融した脱燐用媒溶剤を使用することが効果的であるとの知見が得られた。脱燐用媒溶剤の全部或いは一部をこれらのような状態にすることにより、溶銑との接触と同時に脱燐反応が進行したり、接触した時点から脱燐反応開始までの時間を短縮させることが期待できる。
【００１１】
そのなかで、溶銑の脱燐反応を特に効率的に促進させるには、予め加熱したり予め溶融させた脱燐用媒溶剤を添加することが最も効果的であるとの結論に至った。この結論に基づき、予め加熱する或いは予め溶融させるための種々の方法について検討した。その結果、粉状のＣａＯを主体とする脱燐用媒溶剤を、バーナーによる燃焼火炎中を通過させて加熱或いは加熱・溶融すると共に、この脱燐用媒溶剤を酸素ガスと共に溶銑浴面に吹き付けて添加することで、スラグ化した脱燐用媒溶剤と溶銑との混合・接触の観点から見た場合、最適な条件になることが分かった。即ち、反応の促進に適正なスラグ組成へと迅速に調製することを、脱燐用媒溶剤の添加と同時に達成し、その結果、脱燐反応を促進させることができるとの知見が得られた。尚、ＣａＯを主体とする脱燐用媒溶剤とは、ＣａＯを含有し、本件の意図する脱燐処理ができるものであれば特にＣａＯの含有量に制約はないが、通常は、ＣａＯ単味またはＣａＯを５０質量％以上含有し、必要に応じてその他の成分としてＡｌ2 Ｏ3 、ＣａＦ2 などの滓化促進剤を含有するものである。
【００１２】
加熱・溶融化の手段として、ＣａＯを主体とする脱燐用媒溶剤に予め滓化促進剤などを混合し、この脱燐用媒溶剤をスラグ溶解炉などで昇温し溶融することも可能ではあるが、この場合には、設備が大掛かりになり、また、昇温・溶融した脱燐用媒溶剤を単に溶銑上に添加しても、溶銑との混合は充分ではなく、添加と同時に反応が促進されることを達成するのは困難である。しかし、この問題は、脱燐用媒溶剤の添加をバーナー方式のランスで行い、このランスからの噴出過程で、バーナーによって形成される燃焼火炎中を通過させ、昇温し溶融することで解決される。
【００１３】
更に、バーナー方式のランスで燃焼させた燃焼ガスを有効に活用することも可能であることが分かった。バーナー方式のランスにおいては、粉体の脱燐用媒溶剤をバーナーの火炎中を通過させ、火炎で生成した熱を粉体の昇温或いは溶融に利用するものであり、火炎形成時の発生熱量の一部が脱燐用媒溶剤の加熱に利用される。しかし、その熱の利用効率は数１０％以下であり、未利用の熱は燃焼ガスの顕熱になる。この燃焼ガスの顕熱を有効利用することを検討した結果、燃焼ガスを酸素ガスのジェットと共に溶銑に吹き付けることが有効であることが分かった。
【００１４】
燃焼ガスは、二酸化炭素及び水蒸気を主体としている。この燃焼ガスが溶銑浴面に吹き付けられると、二酸化炭素中の酸素及び水蒸気中の酸素により溶銑の酸化反応が起こる。この場合、高温の燃焼ガスから溶銑への伝熱が起こるものの、二酸化炭素中の酸素及び水蒸気中の酸素による酸化反応はトータルでは吸熱反応であるため、燃焼ガスを溶銑浴面に吹き付けることで、反応界面を脱燐反応に有利な高酸素ポテンシャルに維持しつつ、同時に、反応界面を脱燐反応に有利な低温に維持する効果が発揮される。脱燐反応は、溶銑温度が低いほど促進されることから、燃焼ガスを酸素ガスのジェットと共に溶銑に吹き付けることで、酸素ガスと燃焼ガスとが溶銑浴面に衝突し、反応界面における酸素ポテンシャルを高く維持すると同時に、燃焼ガスが反応界面の温度を低くするように作用し、脱燐反応を効率的に行うことができる。即ち、燃焼ガスを冷却剤として酸素ガスと共に積極的に溶銑浴面に吹き付けることが好ましいとの知見が得られた。
【００１５】
溶銑の脱燐反応は、基本的に、溶銑中の燐を酸化し、生成する酸性酸化物（燐酸）を塩基性の脱燐用媒溶剤で固定することによって行われる。即ち、酸素ガスなどの気体酸素源及び鉄鉱石などの固体酸素源による高い酸素ポテンシャルの維持と、生成した燐酸を安定化させうる塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）の高いスラグが必須である。具体的には、脱燐処理温度における多成分系スラグにおいて、ＣａＯの活量を高位に維持することが必須であり、スラグの状態図でＣａＯ飽和に相当する融点などから選定することができる。
【００１６】
このスラグの塩基度は、ＣａＯ源として通常用いられる生石灰の使用量で調整するが、事前に溶銑中の珪素を少なくすること、及び、反応容器内のＳｉＯ2 量を少なくすることで、少ない生石灰の使用量で高い塩基度を確保することができる。溶銑中の珪素含有量を減じると、脱燐処理中に生成するＳｉＯ2 が減少し、塩基度を確保するための生石灰の使用量を減らすことができるからである。効率的に脱燐処理し、生石灰使用量及びスラグ量を少なくする観点から、溶銑の珪素含有量を脱燐処理前に予め０．２質量％以下、望ましくは０．１質量％以下に低減しておく必要のあることが分かった。
【００１７】
通常、脱燐反応は、酸素ガス、酸素含有ガスなどの気体酸素源、または鉄鉱石、ミルスケールなどの酸化鉄からなる固体酸素源を供給して行うが、固体酸素源を使用する場合には、固体酸素源自体の昇熱に要する熱量と、脱燐反応により固体酸素源が還元されて鉄を生成（吸熱反応）することによる熱量とが必要になるため、溶銑を脱燐処理する際に鉄スクラップを投入しようとする場合、或いは溶銑温度を高く維持しようとする場合には、固体酸素源の使用は不利となる。即ち、脱燐処理終了時に溶銑の保有する熱を十分高く保持するためには、酸化反応による発熱によって溶銑温度を上昇させることができる気体酸素源を使用することが好ましい。具体的には、供給する全ての酸素源のうちの少なくとも５０質量％以上、望ましくは全量を気体酸素源とすることが好ましい。
【００１８】
本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、酸素源を供給して溶銑を脱燐処理する際に、珪素含有量が０．２質量％以下の溶銑を用い、当該溶銑の浴面に向かって、加熱または加熱・溶融したＣａＯを主体とする粉状の脱燐用媒溶剤を、気体酸素源と共に上吹きランスを介して吹き付けて添加し、脱燐処理することを特徴とするものである。
【００１９】
第２の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、第１の発明において、前記酸素源のうちの５０質量％以上を気体酸素源とすることを特徴とするものである。
【００２０】
第３の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、第１または第２の発明において、前記ＣａＯを主体とする粉状の脱燐用媒溶剤として、実質的にフッ素を含まない脱燐用媒溶剤を使用し、当該脱燐用媒溶剤の５０質量％以上を、気体酸素源と共に上吹きランスから溶銑の浴面に向けて吹き付けて添加することを特徴とするものである。
【００２１】
第４の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記脱燐用媒溶剤は、脱燐処理後の溶銑の脱炭精錬時に生成したスラグを主体とすることを特徴とするものである。
【００２２】
第５の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記上吹きランスの先端に設けたノズルから、炭化水素系のガス燃料、炭化水素系の液体燃料のうちの何れか１種以上を供給し、前記気体酸素源によって炭化水素系ガス燃料または炭化水素系液体燃料を燃焼させて火炎を形成し、当該火炎によって前記脱燐用媒溶剤を加熱または加熱・溶融することを特徴とするものである。
【００２３】
第６の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、第５の発明において、前記上吹きランスの中心孔から搬送用ガスとしての気体酸素源と共に脱燐用媒溶剤を供給し、中心孔の周囲の周囲孔から炭化水素系ガス燃料、炭化水素系液体燃料のうちの何れか１種以上を供給することを特徴とするものである。
【００２４】
第７の発明に係る溶銑の脱燐処理方法は、第５または第６の発明において、上吹きランスから供給する気体酸素源中の酸素ガス量と、炭化水素系ガス燃料及び炭化水素系液体燃料の理論燃焼分の酸素ガス量との比である酸素比が１．０以上となるように、気体酸素源の供給量、または、炭化水素系ガス燃料及び炭化水素系液体燃料の供給量を調整することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、珪素含有量が０．２質量％以下の溶銑を用い、溶銑の浴面に向かって、加熱または加熱・溶融したＣａＯを主体とする粉状の脱燐用媒溶剤を、上吹きランスを介して気体酸素源と共に吹き付けて添加して脱燐処理するので、添加した脱燐用媒溶剤を脱燐反応の促進に適正な組成のスラグへと迅速に調製することが可能となり、従来に比較して迅速に脱燐反応を推進させることができ、燐含有量の低い溶銑を容易に製造することが可能となる。その結果、脱燐処理工程における脱燐用媒溶剤の削減及びエネルギーロスの低減化が可能になるのみならず、次工程の転炉脱炭精錬では、脱燐のための脱燐用媒溶剤が不要になるなど、省資源、省エネルギーが達成されると共に、転炉脱炭操業の安定化が達成され、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を具体的に説明する。本発明に係る脱燐処理で用いる溶銑は、高炉などの溶銑製造設備で製造された溶銑であり、脱燐処理の前に予め溶銑の珪素含有量を０．２質量％以下、望ましくは０．１質量％以下まで低減させておく。溶銑の珪素含有量をこの範囲まで下げる手段としては、溶銑製造用原料に予備処理などを施し、高炉などの溶銑製造設備への珪酸分の全装入量を低減したり、高炉々内における珪酸の還元反応を抑制するために低温操業或いはコークスの偏在装入などの対策を講じることができる。また、製造された溶銑に酸素ガスまたは酸化鉄などの酸素源を供給し、これらの酸素源によって珪素を酸化させ、珪素を酸化物として強制的に除去すること（「溶銑の脱珪処理」と呼ぶ）もできる。
【００２７】
溶銑の脱珪処理の具体的な方法は、例えば、高炉から出銑された溶銑を高炉鋳床の溶銑樋を経由して溶銑鍋、トーピードカーなどの溶銑搬送容器で受銑する際に、溶銑に酸素ガスまたは鉄鉱石などの酸化鉄を供給して行う方法、或いは、溶銑搬送容器内で溶銑に酸素ガスまたは鉄鉱石などの酸化鉄を供給して行う方法を用いることができる。その際に、溶銑に撹拌用ガスを吹き込んで脱珪反応を促進させたり、生石灰などのＣａＯ源を添加して生成するスラグの塩基度を調整してもよい。溶銑搬送容器内に限らず、専用の反応容器に移し替えて行うこともできる。
【００２８】
このようにして得た溶銑に対して本発明による脱燐処理を施す。本発明による脱燐処理では、反応効率を高めるためにスラグの塩基度を２．５以上、できれば４．０以上とすることが好ましく、従って、生石灰などのＣａＯ源の添加量が基本的に多くなる。スラグの高い塩基度を確保した上で且つ生石灰などのＣａＯ源の必要量を極力少なくするために、即ちスラグ量を極力少なくするために、前工程の脱珪処理などで生成したスラグを排滓し、脱燐処理工程への珪酸分の混入を極力少なくすることが好ましい。
【００２９】
本発明による脱燐処理は、溶銑鍋またはトーピードカーなどの溶銑搬送容器内で行うこともできるが、これらの溶銑搬送容器に比べてフリーボードが大きく、溶銑を強攪拌することが可能であり且つ大量の排ガスの処理設備を備えている転炉型の精錬設備で行うことが好ましい。図１は、本発明に最適な転炉型精錬設備の１例を示す概略図である。
【００３０】
この転炉型精錬設備１は、図１に示すように、溶銑１４を収容する炉本体２と、この炉本体２の内部に挿入され、上下方向に移動可能な上吹きランス３と、炉本体２の内部に原材料を投入するための原料投入装置４とを備え、炉本体２の炉底には、ガス導入管６と接続した、撹拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口５が設けられている。上吹きランス３には、酸素ガス配管７及び燃料配管８が接続されており、気体酸素源としての酸素ガスが酸素ガス配管７を介し、また、プロパンガス、天然ガスなどの炭化水素系ガス燃料、或いは、重油、灯油などの炭化水素系液体燃料のうちの１種以上が燃料配管８を介し、それぞれ任意の流量で上吹きランス３から炉本体２の内部に供給されるようになっている。上吹きランス３には、冷却水配管（図示せず）が接続されている。
【００３１】
酸素ガス配管７は酸素ガス配管７Ａに分岐しており、酸素ガス配管７から分岐した酸素ガス配管７Ａは、ＣａＯを主体とする脱燐用媒溶剤１６を収容したディスペンサー９に連結し、ディスペンサー９は、媒溶剤移送配管１３を介して酸素ガス配管７に連結している。即ち、ディスペンサー９の内部に供給された酸素ガスは、ディスペンサー９に収容された脱燐用媒溶剤１６の搬送用ガスとして機能し、媒溶剤移送配管１３を経由して上吹きランス３の先端から脱燐用媒溶剤１６を炉本体２の内部に吹き付けて供給することができるようになっている。酸素ガス配管７には流量調整弁１０が設けられ、酸素ガス配管７Ａには流量調整弁１１が設けられており、酸素ガスを上吹きランス３から直接吹き込むことも、また、ディスペンサー９を経由して吹き込むことも任意に調整することができるようになっている。燃料配管８には、炭化水素系ガス燃料或いは炭化水素系液体燃料の流量を調整するための流量調整弁１２が設けられている。
【００３２】
上吹きランス３は、図２に示すように、円筒状のランス本体１７と、このランス本体１７の下端に溶接などにより接続された銅製のランスノズル１８とで構成されており、ランス本体１７は、外管１９、中管２０、内管２１、最内管２２の同心円状の４種の鋼管、即ち四重管で構成されている。酸素ガス配管７は最内管２２に連通し、燃料配管８は内管２１に連通しており、従って、脱燐用媒溶剤１６が酸素ガスと共に最内管２２の内部を通って供給され、また、炭化水素系ガス燃料或いは炭化水素系液体燃料が最内管２２と内管２１との間隙を通って供給されるようになっている。内管２１と中管２０との間隙及び中管２０と外管１９との間隙は、冷却水の給排水流路となっている。
【００３３】
最内管２２はランスノズル１８のほぼ中心位置に配置された中心孔２３と連通し、内管２１は、中心孔２３の周囲に複数個設置された周囲孔２４に連通している。中心孔２３は酸素ガス或いは酸素ガスと共に脱燐用媒溶剤１６を吹き込むためのノズルであり、周囲孔２４は炭化水素系ガス燃料或いは炭化水素系液体燃料を吹き込むためのノズルである。尚、酸素ガス配管７を内管２１に連通し、燃料配管８を最内管２２に連通することで、中心孔２３からは炭化水素系ガス燃料或いは炭化水素系液体燃料を吹き込み、周囲孔２４からは酸素ガス或いは酸素ガスと共に脱燐用媒溶剤１６を吹き込むこともできるが、本発明を実施する上では、脱燐用媒溶剤１６の加熱・溶融を促進させる観点から、中心孔２３から酸素ガスと共に脱燐用媒溶剤１６を吹き込み、この周囲に火炎を形成することが好ましい。また、図２に示すように、中心孔２３及び周囲孔２４は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体で構成された、所謂ラバールノズルの形状を採っているが、ストレート形状であってもよい。
【００３４】
尚、本発明による脱燐方法を実施する場合、上吹きランス３は燃料の供給流路を兼ねる必要はなく、上吹きランス３とは別に燃料の供給用ランスを設置してもよい。但し、炉本体２の上方部における設備配置が煩雑になるので、これを防止するためには上吹きランス３が燃料の供給流路を兼ねることが好ましい。
【００３５】
このような構成の転炉型精錬設備１を用い、予め珪素含有量を０．２質量％以下とした溶銑１４に対して、以下のようにして本発明による脱燐処理を実施する。
【００３６】
先ず、炉本体２に溶銑１４を装入し、次いで、底吹き羽口５から窒素ガスなどの非酸化性ガスまたはＡｒガスなどの希ガスを撹拌用ガスとして溶銑１４中に吹き込みながら、酸素ガスと共にＣａＯを主体とする脱燐用媒溶剤１６を上吹きランス３の中心孔２３から溶銑１４の浴面に向けて吹き付け、溶銑１４の脱燐処理を実施する。そして、中心孔２３からの脱燐用媒溶剤１６の供給開始に前後して、周囲孔２４から炭化水素系ガス燃料或いは炭化水素系液体燃料を吹き込む。炉内が高温であるため、吹き込まれた燃料は同時に吹き込まれる酸素ガスによって自然に燃焼を開始する。確実に燃焼させるために、上吹きランス３に着火装置を設置してもよい。燃料は、少なくとも脱燐用媒溶剤１６が吹き込まれている期間中は供給を継続する。脱燐処理前の溶銑温度は、通常の１２５０〜１３５０℃の範囲であれば、問題なく脱燐処理することができ、更に低温であっても脱燐処理することができる。
【００３７】
本発明では、燃料を酸素ガスで燃焼させたときに発生する燃焼熱を利用して脱燐用媒溶剤１６の昇温・溶融を図る。燃料は、上吹きランス３の先端位置から燃焼を開始して高温の火炎を形成する。但し、溶銑１４の浴面に到達するまでには燃焼させる。火炎の形状は、燃料及び酸素ガスの供給量または供給流速によって調整することができる。脱燐用媒溶剤１６は、火炎中で燃焼熱により加熱され、受熱量及び脱燐用媒溶剤１６の組成によっては、部分的或いは全体が溶融して溶銑１４の浴面に到達する。
【００３８】
ＣａＯを主体とする脱燐用媒溶剤１６としては、生石灰粉を使用することができる。生石灰粉にアルミナ粉などを滓化促進剤として加えてもよいが、本発明においては加熱した脱燐用媒溶剤１６を溶銑浴面に吹き付けて添加するため、生石灰粉単体であっても十分に滓化するので、アルミナ粉などの滓化促進剤は用いなくても十分に脱燐することができる。特に、スラグ１５からのフッ素の溶出量を抑えて環境を保護する観点から、蛍石などのフッ素含有物質は滓化促進剤として使用しないことが好ましい。但し、フッ素が不純物成分として不可避的に混入した物質については使用しても構わない。また、脱燐処理後の溶銑１４を次工程の転炉で脱炭精錬した際に発生するスラグ（「脱炭滓」ともいう）を、ＣａＯを主体とする脱燐用媒溶剤１６として使用することもできる。このスラグは、ＣａＯを主成分としており、且つ、燐含有量が少ないことから、脱燐用媒溶剤１６として利用することができる。
【００３９】
底吹き羽口５から吹き込まれた攪拌用ガスによって溶銑１４は攪拌され、浴面に吹き付けられた脱燐用媒溶剤１６は予め加熱或いは溶融しているので、速やかにスラグ１５を形成する。脱燐反応のためには、生成されるスラグ１５の塩基度は高いことが好ましく、少なくとも塩基度が２．０以上となるように、脱燐用媒溶剤１６の添加量を調整する。具体的には、脱燐用媒溶剤１６からのＣａＯ量と、溶銑１４中の珪素が酸化して生成するＳｉＯ2 量に基づき、脱燐用媒溶剤１６の添加量を設定する。ＣａＯを主体とする脱燐用媒溶剤１６は全て上吹きランス３から添加する必要はなく、原料投入装置４を用いて溶銑１４の浴面上に塊状の脱燐用媒溶剤を上置き添加してもよいが、脱燐用媒溶剤の滓化を促進させて脱燐反応を円滑に行うために、少なくとも添加する脱燐用媒溶剤のうちの５０質量％以上は、上吹きランス３を介して添加することが好ましい。
【００４０】
脱燐反応のための酸素源としては、上記の酸素ガスなどの気体酸素源の他に、鉄鉱石、ミルスケールなどの酸化鉄を固体酸素源として使用することができる。通常、粉状の固体酸素源は、上吹きランス３から添加する脱燐用媒溶剤１６に混合させたり、インジェクション法により添加し、一方、塊状の固体酸素源は、溶銑１４に上置きして添加する。但し、固体酸素源を添加すると、溶銑１４の昇熱には不利であるので、酸素源のうちの５０質量％以上は、気体酸素源を使用することが好ましい。気体酸素源としては、上記の酸素ガスの他に、空気及び酸素富化空気などを使用することができるが、本発明は燃焼熱によって脱燐用媒溶剤１６を加熱することを目的としており、排ガスの量を少なくさせ、加熱温度を高める観点から、酸素ガスを用いることが好ましい。そして、上吹きランス３から供給する酸素ガス量と、炭化水素系ガス燃料及び炭化水素系液体燃料の理論燃焼分の酸素ガス量との比である酸素比が１．０以上となるように、気体酸素源の供給量、または、炭化水素系ガス燃料及び炭化水素系液体燃料の供給量を調整することが好ましい。
【００４１】
脱燐反応は、溶銑温度が低いほど促進される。前記酸素比を１．０以上として燃料を完全に燃焼させることで、燃焼ガスは、二酸化炭素と水蒸気とを主体とするガスとなり、この燃焼ガスが溶銑１４の浴面に吹き付けられるため、溶銑１４の珪素或いは炭素との還元反応、即ち吸熱反応を起こし、脱燐反応界面の温度上昇が抑制される。
【００４２】
脱燐用媒溶剤１６を添加し、且つ、酸素ガスを供給して脱燐し、溶銑１４の燐濃度が所定の値になるまで脱燐処理を継続する。この場合、処理時間の制約などを考慮しながら、脱燐用媒溶剤１６と溶銑１４とを迅速に反応させるために、攪拌強度及び脱燐用媒溶剤１６の添加速度などを適正化する。脱燐処理終了時の溶銑温度は、余り高温では脱燐反応が阻害され、一方、余り低温では次工程における熱余裕が少なくなることから、これらを考慮して脱燐処理終了時の溶銑温度を決定する。
【００４３】
以上説明したように、本発明に係る溶銑の脱燐方法では、酸素源を供給して溶銑１４を脱燐処理する際に、珪素含有量が０．２質量％以下の溶銑１４を用い、溶銑１４の浴面に向かって、加熱または加熱・溶融したＣａＯを主体とする粉状の脱燐用媒溶剤１６を、上吹きランス３を介して気体酸素源と共に吹き付けて添加して脱燐処理するので、添加した脱燐用媒溶剤１６を脱燐反応の促進に適正な組成のスラグ１５へと迅速に調製することが可能となり、従来に比較して迅速に脱燐反応を推進させることができ、燐含有量の低い溶銑を容易に製造することが可能となる。
【００４４】
尚、上記説明では、脱燐処理設備として転炉型精錬設備１を用いた場合を示したが、脱燐処理設備は上記の転炉型精錬設備１に限るものではなく、取鍋またはトーピードカーなどの溶銑搬送容器などであっても、上吹きランスを介してＣａＯを主体とする粉状の脱燐用媒溶剤１６を吹き付けて添加することが可能である限り、上記に沿って本発明を実施することができる。
【実施例１】
【００４５】
高炉から出銑された溶銑に対して本発明に係る脱燐処理を実施した。高炉で製造された溶銑に対し、先ず、高炉鋳床において鉄鉱石の焼結粉を上置き投入し、溶銑鍋での受銑までに脱珪反応させて脱珪処理を施した。高炉から出銑時の珪素濃度が０．２５〜０．４０質量％であるのに対し、脱珪処理後の珪素濃度は０．０５〜０．１８質量％であった。脱珪処理後、溶銑鍋内のスラグを排滓した後、図１に示す転炉型精錬設備と同一構成の容量が５トンの小型の転炉型精錬試験設備に溶銑を装入し、脱燐処理を施した。
【００４６】
脱燐処理は、炉底部の底吹き羽口からの約０．１Ｎｍ3 ／ｍｉｎ・ｔの窒素ガスによる吹き込み攪拌を行いつつ、上吹きランスによる送酸と生石灰粉の添加を行った。この生石灰粉の添加量は、装入された溶銑の珪素濃度及び燐濃度に応じて塩基度が２．０以上となるように定めた。用いた上吹きランスは中心孔と３個の周囲孔とを有し、中心孔からは生石灰粉と酸素ガス、周囲孔からはプロパンガスを供給できるものを用いた。生石灰粉は予め２ｍｍ径以下に粉砕調製されたものである。酸素ガスの流量は４２０Ｎｍ3 ／ｈｒとし、プロパンガスの流量は、脱燐用媒溶剤の供給量及び加熱程度を変えるため、５〜２２Ｎｍ3 ／ｈｒとした。
【００４７】
また、一部の試験では、脱燐用媒溶剤として生石灰に代えて、脱燐処理した溶銑の転炉脱炭精錬で発生したスラグ（脱炭滓）を使用し、脱燐反応に及ぼす影響を調査した。脱炭滓の組成は、ＣａＯ：５０．１質量％、ＳｉＯ2 ：１２．４質量％、ＦｅＯ：１４．９質量％であった。ＣａＯの添加量が、生石灰を使用した場合と同じ水準になるように、脱炭滓の添加量を調整した。
【００４８】
表１に、脱燐処理における処理条件及び処理結果を示す。尚、表１には、本発明の範囲以外の処理条件で行った比較例の処理条件及び処理結果を併せて示している。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
表１から明らかなように、本発明例では、比較例と比べて少ないＣａＯ純分の添加量で低い燐濃度レベルまで溶銑を脱燐処理することができた。特に、脱燐用媒溶剤を加熱することにより、脱燐用媒溶剤として脱炭滓を使用した場合でも、脱燐反応が促進され、溶銑の燐濃度を０．０１５質量％以下まで低下することができた。更に、少ない酸素供給量で脱燐処理でき、脱燐処理中の溶銑の脱炭を抑制すること、即ち、脱燐処理後の溶銑の熱余裕を高めることができた。
【００５１】
図３に、脱燐処理前の溶銑中珪素濃度と生石灰の使用量との関係を示し、図４に、脱燐用媒溶剤の使用量と脱燐処理後の溶銑中燐濃度との関係を示す。本発明では脱燐反応が効率的に行われるため、これらの図に示すように、少ない生石灰の使用量で、所定の燐濃度まで脱燐処理することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明を実施する上で最適な転炉型精錬設備の１例を示す概略図である。
【図２】図１に示す上吹きランスの拡大概略図である。
【図３】実施例１において調査した、脱燐処理前の溶銑中珪素濃度と生石灰の使用量との関係を示す図である。
【図４】実施例１において調査した、脱燐用媒溶剤の使用量と脱燐処理後の溶銑中燐濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  転炉型精錬設備
２  炉本体
３  上吹きランス
４  原料投入装置
５  底吹き羽口
６  ガス導入管
７  酸素ガス配管
８  燃料配管
９  ディスペンサー
１０  流量調整弁
１１  流量調整弁
１２  流量調整弁
１３  媒溶剤移送配管
１４  溶銑
１５  スラグ
１６  脱燐用媒溶剤
１７  ランス本体
１８  ランスノズル
１９  外管
２０  中管
２１  内管
２２  最内管
２３  中心孔
２４  周囲孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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